9 BAB II
TINJAUAN PUTAKA DAN HIPOTESIS 2.1 Tinjauan Umum Tentang Plastisitas Fenotip
Plastisitas merupakan reaksi organisme terhadap perubahan kondisi lingkungan, yang sering disertai oleh modifikasi berbagai reaksi, sehingga toleransi terhadap faktor lingkungan menjadi lebih luas. Individu-individu yang dapat melakukan ekspresi fenotip yang bervariasi adalah individu-individu yang mempunyai potensi plastisitas fenotipik. Akan tetapi, jika keadaan kembali semula maka bentuk organisme ini akan berubah kembali sesuai dengan bentuk normalnya (Cartono, 2005). Fenomena ini merupakan variasi atau variabilitas fenotipik (Wahyuni, 2017). Plastisitas fenotipik merupakan bentuk adaptasi pertahanan organisme terhadap perubahan faktor lingkungan. Resistensi tersebut diakibatkan oleh komposisi genetik serta sifat plastisitas organisme itu sendiri.
Menurut Freeland (2005, h. 23) menjelaskan bahwa plastisitas fenotipik merupakan kemampuan genotip tunggal untuk menghadirkan variasi fenotip alternatif. Hal ini dikarenakan adaptasi terhadap lingkungan yang berbeda.
Variasi fenotip tersebut meliputi perubahan fisiologis, tingkah laku, ekspresi gen, biokimia, serta morfologi yang dikembangkan oleh satu genotip (DeWitt &
Samuel, 2005). Perubahan plastisitas fenotip tingkah laku yang diamati pada penelitan ini meliputi D. melanogaster saat pupasi dan timgkah laku imago memanjat .
Perubahan sifat akibat dari adaptasi lingkungan yang diekspresikan oleh D.
melanogaster, memungkinkan D. melanogaster memodifikasi gen tertentu
sehingga mempunyai perbedaan respon khususnya pada tingkah laku. Adapun menurut (Waddington, 1953) karakteristik fenotip yang baru akan merespon perubahan lingkungan secara stabil dan diturunkan ke generasi selanjutnya melalui proses seleksi. Adapun untuk menanggapi keragaman ekspresi fenotip baru yang sedikit berbeda dari moyangnya, itu adalah hasil dari respon aktif terhadap perubahan lingkungan dan pemilihan genotipe yang plastis (Frankham, Ballou, & Briscoe, 2002). Banyak pendapat tentang plastisitas menunjukkan bahwa setiap organ merespon dalam bentuk yang berbeda ketika menghadapi tekanan lingkungan. Struktur anatomi, bentuk dan tingkah laku D. melanogaster
mungkin memiliki plastisitas yang berbeda satu sama lain. Respon plastik memiliki peran penting sebagai kelangsungan hidup dan reproduksi dalam mempertahankan populasi, ketika menghadapi tekanan lingkungan (S. A. Price
& Wilson, 2003).
2.2 Tinjauan Umum Tentang Timbal (Pb)
Timbal adalah kelompok logam berat, dan manfaatnya bagi kehidupan organisme (non-esensial) masih belum jelas. Simbol Pb untuk timbal merupakan singkatan dari kata latin plumbum atau timah hitam, dengan berat atom (BA) 20,2 dan nomor atom (NA) 82. Dalam tabel periodik, logam berat timbal termasuk dalam golongan IV A dengan valensi 0, +2, dan +4. Pb (+2) biasanya ada sebagai garam anorganik, dan Pb (4+) adalah unsur utama dalam senyawa organik. Karakteristik dari timbal yakni larut di dalam HNO3 encer dan pekat, sedikit larut dalam HCL dan H2SO4 pekat dan memiliki titik didih. 1744˚C, titik leleh .1740˚C, titik rendah 327,5˚C, serta memiliki massa jenis 11,34 g/cm3 (Fardiaz, 1992). Dengan alasan timbal memiliki titik leleh yang rendah, mudah digabungkan dengan logam lain untuk membentuk logam paduan, oleh karena itu timbal telah dimanfaatkan oleh manusia selama ribuan tahun hingga sekarang. Timbal dapat menghantarkan listrik dengan sangat baik, sehingga mempengaruhi pemanfaatan timbal di bidang industri semakin meningkat.
Timbal juga sering dimanfaatkan dalam industri baterai, industri cat, campuran bahan bakar, amunisi, dan pelapis kabel (Fardiaz, 2005; Lu, 2006). Aktivitas industri tersebut akan menghasilkan limbah, limbah yang dihasilkan dari industri kemungkinan besar akan membahayakan bagi lingkungan.
Gambar. 2.1 Serbuk Timbal (Pb) (Sumber : Fardiaz, 1992)
Senyawa kimia pada timbal bersifat toksik dalam kehidupan mahkluk hidup dan lingkungannya. Senyawa timbal mampu berada di dalam perairan secara alamiah dan sebagai dampak dari aktivitas manusia (Darmono, 2001). Konsentrasi timbal di air laut banyak sekitar 0.01 hingga 0.035 µg/l (Laws, 1993). Pencemaran timbal juga berasal dari penguapan batu bara dengan kandungan jumlah yang sangat kecil, dan dapat ditemukan juga di tangki air yang menggunakan pipa bertimbal. Timbal juga ada dalam baterai, insektisida, tinta koran, dan cat yang bertimbal. Pada saat ini penggunaan timbal yang paling umum berasal dari daur ulang baterai. Sebanyak 97% baterai didaur ulang di dunia,. terutama di negara-negara berpenghasilan rendah. Timbal adalah unsur yang secara alami ditemukan di kerak bumi. Oleh sebab itu, dilaporkan bahwa aktivitas alam seperti pelapukan dan letusan gunung berapi juga berdampak signifikan terhadap pencemaran logam berat di lingkungan.
Kandungan timbal di lingkungan tersebut sulit terurai dan mudah mengalami akumulasi dalam organismee melalui rantai makanan, sehingga perlu adanya bioremidiasi untuk mengurangi dampak negative bagi makhluk hidup.
2.3 Pengaruh Pb Terhadap Kesehatan Manusia
Timbal adalah logam berat, dan mafaatnya tidak diktahui bagi organisme.
Akan tetapi, kandungan timbal yang melebihi ambang batas dapat mengganggu kelangsungan hidup manusia (Yolanda et al., 2017). Menurut Patra et al., (2011) Pb merupakan salah satu pencemar lingkungan yang paling berbahaya dan akumulatif, yang mempengaruhi semua sistem biologis melalui paparan udara, contohnya yakni proses industri, pertambangan, peleburan, dan beberapa bahkan dari sumber air dan makanan. Logam berat yang masuk ke dalam tubuh manusia melalui saluran pernapasan (respirasi) dan juga melalui saluran pencernaan (gastrointestinal) kemudian disalurkan dalam darah, dan digabungkan dengan sel darah. Beberapa timbal disimpan dalam jaringan lunak dan tulang, dan beberapa diserap kembali melalui kulit, ginjal serta otak. Jika manusia mengonsumsi makanan yang didalamnya mengandung timbal, maka akan memberiakan dampak merugikan bagi Kesehatan tubuh manusia (Effendi, Tresnaningsih, Sulistomo, Wibowo, & Hudoyo, 2012).
Para peneliti telah banyak melakukan penelitian terkait efek timbal terhadap Kesehatan manusia. Berbagai efek negatif bagi sistem yang ada pada tubuh manusia
antara lain Pb mempengaruhi sistem darah, akbiatnya Sel darah merah belum matang dan sel meninggalkan organel. Organel ini biasanya menghilang selama pematangan sel. Selanjutnya, poliribosoma ireguler pada agregat RNA membentuk sel stipel (Darmono, 2001). Sistem saraf adalah sistem yang paling sensitif terhadap racun. Kontaminasi timbal mampu menyebabkan kerusakan otak sehingga menimbulkan berbagai penyakit seperti halusinasi, epilepsi, kerusakan otak besar dan delirium, ini merupakan bentuk penyakit diabetes (Heryando, 2004). Hal ini dapat diamati melalui gejala seperti gangguan jiwa berat, kebutaan dan epilepsi dengan atrofi kortikal, dan juga dapat secara tidak langsung mengurangi persepsi sensorik, yang mengakibatkan penurunan intelegensia (IQ) sehingga kurangnya kemampuan belajar, atau agresivitas destruktif atau gangguan perilaku jahat.
2.4 Pengaruh Pb Terhadap hewan
Timbal berasal dari berbagai sumber sehingga dapat secara bebas terkontaminasi pada makhluk hidup seperti hewan. Berbagai sumber pencemaran lingkungkan yang diakibatkan adanya timbal juga berawal dari baterai, tekstil, asap kendaraan bermotor, cat, pembuangan limbah pabrik, serta kebersihan makanan yang buruk (Hariono, 2006). Dari adanya pencemaran tersebut, akumulasi Pb pada hewan dapat terjadi secara langsung dengan adanya pemindahan zat kimia dari lingkungan masuk kedalam tubuh hewan atau terjadi karena adanya media yang bersifat racun bagi hewan. Efek negative timbal akan mempengaruhi laju pertumbuhan, semakin lama paparan timbal, semakin tinggi konsentrasi timbal akan menyebabkab semakin lambat laju pertumbuhannya. Dengan konsentrasi timbal yang melebihi ambang batas akan menghambat aktivitas enzim. Hal ini terjadi melalui pembentukan senyawa antara Pb dengan gugus sulfidahidril (S-H) (Picaulima, Huliselan, Sahetapy, & Abrahamsz, 2011).
Banyaknya kasus keracunanan kronis, yang diakibatkan oleh pencemaran lingkungan akibat penggunaan timbal yang terus meningkat. Mendatangkan berbagai kajian terkait dampak negatif pajanan timbal terhadap hewan seperti paparan timbal pada ikan nila dengan konsentrasi 25,06 mg/l dapat menyebabkan edema, nekrosis, hiperplasia lamella sekunder, dan fusi lamela pada insang (Yolanda et al., 2017). Penggunaan Pb juga dapat mengakibatkan hiperglikemia dan stres pada Prochilodus lineatus (Hilsdorf, Moreira, Marins, & Hallerman, 2020).
Pendapat lain diungkap oleh Assi et al. (2016) yang berpendapat bahwa Pb pada konsentrasi 30 μg / dL dalam darah dapat menyababkan siklus estrus yang tidak seimbang pada tikus betina, sedangkan timbal pada konsentrasi 53 μg / dL dapat menyebabkan kista folikel ovarium pada tikus betina. Efek toksik timbal pada hewan lainnya seperti bebek juga diungkap oleh Osmer (2014) dengan pendapatnya yakni bebek dapat keracunan hingga mengalami kematian akibat mencari makan dan minum di danau yang terlarut senyawa Pb di dalamnya.
2.5 Drosophila melanogaster Sebagai Hewan Model Dalam Penelitian
Drosophila melanogaster adalah salah satu spesies lalat buah yang telah menjadi
model organisme model di berbagai jenis penelitian. Ukurannya yang kecil, sehingga tidak perlu tempat pemeliharaan yang besar, tidak hanya itu, penanganannya D.melanogaster yang relatif mudah, menjadikan serangga yang satu ini telah menarik perhatian banyak peneliti untuk memanfaatkannya. Hal ini menjadi bukti bahwa banyak aspek genetik dari D. melanogaster yang menunjukkan kesamaan dengan yang terdapat pada manusia. Sudah sejak lama para peneliti memilih D. melanogaster sebagai organisme model , fakta menunjukkan lalat buat D. melanogaster merupakan organisme pertama kali yang digunakan dalam penelitian analisis genetika dan saai ini termasuk hewan eukariot yang paling dikenal dan digunakan secara luas (Pierce, 2008). D. melanogaster memiliki kemiripan genetik sekitar 75% dengan manusia, memberikan hasil yang cepat dan reproduksibel, bahkan secara ekonomi tidak membebani peneliti (Nainu, 2018).
Beberapa keuntungan penggunaan D.melanogaster antara lain tidak memerlukan kondisi yang sangat steril seperti mikroorganisme, mudah didapatkan sebab bersifat kosmopolit, mudah dipelihara, siklus hidup yang pendek, lalat betina bertelur lebih banyak, mudah diamati dari ciri morfologinya serta memiliki 4 pasang kromosom sehingga mempermudah penelitian (Iskandar, 1987). kelebihan tersebut dimanfaatkan oleh peneliti sebagai penelitian biologis seperti penuaan (aging) (He & Jasper, 2014). Salain itu, didukung dari laporan bahwa D.
melanogaster memiliki siklus perkembangan metamorfosis sempurna hanya
dengan waktu paling cepat 10,47 hari pada suhu 30oC. Dengan demikian, D.
melanogaster menjadi pilihan organisme model dalam penelitian karena lebih efektif dan efisien.
2.6 Perilaku D. melanogaster
Perilaku hewan adalah suatu aktivitas atau pergerakan hewan untuk menyesuaikan diri yang memanfatkan fungsi fisiologis dengan kondisi internal dan eksternal yang berbeda. Aktivitas tersebut terjadi akibat respon hewan terhadap rangsangan atau stimulus yang mempengaruhinya (Suyitno, 2006;
Suhara, 2010). Demikian hewan D. melanogaster memiliki respon perilaku berbagai macam, seperti tingkah laku memanjat dan tingkah laku pupasi. Suatu respon tingkah laku D. melanogaster terbentuk oleh keterlibatan banyak gen dengan fungsi yang berbeda dan ditemukan di jaringan yang berbeda pada titik waktu yang berbeda (Sokolowski, 2001). Selama perkembangan lalat hingga dewasa, perilakunya sangat sensitif terhadap interaksi jaringan gen. Untuk mengetahui bagaimana gen berperan terhadap perilaku, maka unit fungsional tingkah laku harus dikarakterisasi serta diteliti lebih mendalam.
Menurut (Singgih, 2003) perilaku dibentuk oleh aktivitas system saraf, seperti nenganalisis, mensintesis dan mengintegrasikan informasi dalam system saraf.
Gen dan saraf berkontribusi satu sama lain, karena gen mengatur pertumbuhan sel dan konektivitas membentuk jaringan dalam system termasuk sistem saraf.
Jaringan saraf menghasilkan gerakan yang mengatur pola temporal unik yang menjadi karakteristik tingkah laku pada organisme hidup (Sokolowski, 2001).
Kajian kontribusi gen terhadap perilaku D. melanogaster akibat kelebihan molekul Z-band mengakibatkan kecatatan gen, sehingga menurunkan aktivitas perilaku terbang, berjalan dan kawin (Benzer, S., 1971). Hal ini sejalan dengan kajian yang menyatakan bahwa gen dalam jaringan saraf mempengaruhi tingkah laku yang berbeda, hal ini dijelaskan oleh Xu et al. (2004) bahwa system saraf dipengaruhi oleh gen DFMR1, gen tersebut mengatur pergerakan pada tingkah laku merangkak larva D. melanogaster. Akan tetapi, jika gen ini hilang karena adanya mutasi maka durasi serta persentase waktu merangkak yang dilakukan oleh larva D. melanogaster akan terjadi penurunan.
2.7 Pemanfaatan Hasil Penelitian Sebagai Sumber Belajar Biologi
Sumber belajar merupakan sesuatu yang dapat memberikan kemudahan kepada peserta didik dalam memperoleh informasi, pengetahuan, pengalaman dan keterampilan dalam proses belajar mengajar. Didefinisikan kembali bahwa sumber
belajar yaitu semua sumber data, personal dan beberapa bentuk sumber daya yang dapat digunakan siswa secara pribadi atau kelompok untuk memudahkan siswa mencapai tujuan belajarnya (Kusuma, 2012). Pada jenjang SMA sumber belajar biologi tidak hanya didapatkan materi dikelas saja, tetapi laboratorium kini menjadi sarana dalam mendapatkan sumber belajar yang dapat meningkatkan kemampuan peserta didik. Sebagai unsur pencapaian tujuan pembelajaran, laboratorium berarti fasilitas yang tidak hanya digunakan sebagai alat dan pelengkap, tetapi juga berperan dalam kegiatan belajar mengajar dengan bahan dan metode, sehingga tujuan pembelajaran dapat tercapai sesuai dengan yang telah dirumuskan.
Kegiatan di laboratorium memberikan kemudahan bagi peserta didik dalam memahami apa yang mereka pelajari melalui kegiatan praktikum. Kegiatan praktikum dapat mengembangkan kemampuan memahami konsep dengan melatih kemampuan peserta didik mengobservasi dengan cermat, mengukur secara akurat, menggunakan dan menanggani alat secara aman merancang dan melakukannya (Akyuni, 2010). Hal ini menjadi dukungan atas permasalahan peserta didik dalam memahami materi genetika dan pewarisan sifat yang menjadi salah satu materi yang cukup sulit. Menurut Murray-nseula (2011), yang menyatakan bahwa banyak siswa mengalani kesulitan karena karakteristik konsep genetika yang cenderung rumit dan abstrak. Hal ini sesuai dengan pernyataan Cimer (2012) yang menyatakan bahwa hukum pewarisan Mendel merupakan materi cukup sulit bagi peserta didik. Konsep genetika yang abstrak dimungkinkan karena masih banyak sekolah-sekolah belum menerapkan pembelajaran materi genetika teori dikolaborasikan deangan praktikum. Dengan demikian kajian analisis tingkah laku D. melanogaster terhadap plastisitas fenotip menjadi salah satu alternatif yang baik sebagai organisme model dalam praktikum. Sebab dibidang eksperimen, D. melanogaster mempunyai beberapa kelebihan. D. melanogaster mudah berkembang biak dan relatif murah apabila dibandingkan dengan organisme model lainnya seperti mencit, Zebrafish, dan tikus (Giacomotto & Segalat, 2010; Pandey & Nichols, 2011; Strange, 2016).
Adapun bahan dan alat yang diperlukan dalam penelitian D. melanogaster mudah dicari. Selain itu, pengamatan pada perkembangan D. melanogaster membutuhkan waktu yang lebih singkat dibandingkan organisme model lainnya.
2.8 Kerangka konseptual
Gambar 2.2. Kerangka.konseptual 2.9 Hipotesis Penelitian
Hipotesis dalam penelitian ini yaitu terdapat pengaruh kontaminasi timbal selama 10 generasi pada D.melanogaster terhadap perubahan tingkah lakunya (plastisitas fenotipik D. melanogaster).
Neurotransmiter Kembali normal Perubahan lingkungan
Kembali normal
Kontaminasi Timbal pada tubuh D.
melanogaster dari lingkungan
System saraf, system peredaran darah, enzimatik, endokrin, kerangka, dan kekebalan tubuh
Neurotransmiter terganggu
Konduksi saraf terhambat
Gangguan perilaku
Kontaminasi Pb pada tubuh D. melanogaster berkurang berkurang
System saraf dan system peredaran darah, dan oragan lainnya
Konduksi saraf normal Perilaku normal (mengetahui pengaruh plastisitas fenotipik tingkah laku D. melanogaster)
